[发明专利]一种新型结构的永磁式交流同步发电机

说明书

技术领域

本发明是一种具有高功率密度和复励稳压特性的新型结构的永磁式交流同步发电机，与汽油机或柴油机配套组成发电机组，可作为便携电源及备用应急电源使用。

背景技术

目前，汽油发电机行业主流机型是以铜线和铝线为主的有刷电励磁类型发电机，功率范围涵盖1kW～20kW。现在国内外的汽油发电机组基本都是采用AVR调节励磁电流的有刷电励磁单相或三相交流发电机，这种发电机的最大优势就是其磁场可以通过调节转子励磁电流来实现自动调整，从而使单机运行的发电机可以在空载到额定负载的全范围保持输出电压的稳定，以下结合附图来说明其结构原理：

图7是现有技术普遍采用的传统电励磁交流同步发电机结构原理示意图，图中：标号4为定子主绕组，标号5为定子铁芯，标号21为电刷与集电环，标号22为定子副绕组，标号23为AVR励磁调压器，标号24为励磁绕组，标号25为转子铁芯，标号26为驱动转轴。此种类型发电机核心部件是定子和转子各一套，其定子铁芯5和转子铁芯25上设置铜线或铝线做成的定子主绕组4和励磁绕组24，其中定子主绕组4对外供给电力，转子上的励磁绕组24用来建立电机气隙磁场，使电机产生电磁感应，定、转子铁芯属于导磁部件，电励磁产生的两异极性磁极磁场通过转子铁芯磁轭部分构成闭合磁路，转子铁芯25固定于驱动转轴26上。同时，为调节磁场，发电机组还必须配置相应的定子副绕组22、AVR电压调节器23、引入转子电流的电刷和集电环21等部件，这种全电励磁方式的发电机所需励磁容量较大，转子电励磁回路的损耗比例占电机全部损耗的55％～65％，因此发电机的能量效率难以提高，而且该类型发电机转子用铜量也占电机全部用铜量的55％～65％，故其成本也较高，铜、铝等有色金属的资源消耗也大。

我国是世界上稀土永磁材料最丰富的国家，但同时也是铜、铝等有色金属资源贫乏的国家；因此，大力发展稀土材料的应用对我国有现实的意义。随着控制技术的进步，稀土永磁电机在电动机行业驱动领域已经得到广泛应用，稀土永磁材料做成的电动机产品，其单位体积材料传送的功率密度大，电机效率高而能耗小，显示出其稀土电机巨大的优越性；但稀土永磁材料用到发电机领域却一直受到电压稳定技术的瓶颈制约，由于永磁材料制成的发电机磁场无法调节，从而导致发电机端电压控制很困难，电机带负载后电压下降很厉害，进而影响永磁发电机组的发电质量，限制了永磁材料在此类发电机上的应用范围。而且，按传统电机惯例简单地采用稀土材料代替电励磁发电机转子绕组，也并不能充分而彻底地利用稀土材料传送高能量密度的优点。因此，拓展稀土材料在独立运行的移动电源领域的应用范围就必须得解决以下技术难题：一、为充分利用稀土材料的优势，必须研究设计能传送高功率密度的永磁发电机新型结构；二、研究克服永磁电机无法调节磁场而稳定发电机电压的技术途径和有效方法。

发明内容

针对现有永磁发电机技术存在的问题，本发明的目的在于以中小型汽油发电机组为依托，提供一种可传送高功率密度且具有复励稳压特性的“双定子+无磁轭铁芯的空心永磁转子”新型结构的永磁式交流同步发电机。本发明的基本构思是突破常规永磁电机异极性永磁体之间必须用铁磁材料来构成轭部磁路的传统电机理论限制，直接利用稀土永磁体两面异极性的特征，同时在内外两定子与空心永磁转子之间建立起内外两个它励气隙主磁场，其具体结构特征是：发电机采用内外双定子+无磁轭铁芯的永磁式空心转子结构，内外定子铁芯槽内嵌有独立的绕组，空心转子位于内外定子之间，磁路连接方式为永磁体的两异极性面直接串联两台定子而构成闭合磁路；永磁体为平板式矩形结构并内嵌入由铁磁材料制成的磁极导磁环内，磁体排列采用多片同极性磁体组成一个磁极，磁路为同极性磁体并联、异极性磁体串联的复合磁路结构，磁极导磁环为非对称结构，在顺旋转方向后极靴部分留有多余铁磁材料，两磁极间用不导磁的不锈钢连接环铆焊成圆桶形状，沿轴向两端装有前后旋转支架和并通过滚动轴承与内定子支撑轴连接。该新型结构的永磁式交流同步发电机的空心永磁转子没有磁轭铁芯，传统电机的转子磁轭铁芯部位材料正好利用来增加内定子，从而使发电机具有功率密度大而材料消耗少的明显优势。

为达到上述目的，以下结合附图来阐明本发明涉及的发电机技术方案和特点：